Organolanthanid( II) chemie: Reaktionen von Cp

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Journal of OrganomerallicChemistry.410 (1991) 53-61
Else&r Sequoia S.A., Laussnne
JOM 21679
Organolanthanid( II) chemie: Reaktionen von
Cp*,Sm( THF) 2 mit 1,4-Diazadienen und Cyclooctatetraen
Anja Recknagel, Mathias Noltemeyer und Frank T. Edelmann *
Institut jir Anorganische Chemie der Universitiir Giittingen, Tammannstr. 4,
W-3400 Gattingen (Deutschland)
(Eingegangen den 20. Dezember 1990)
Cp*,Sm(THF), reacts with 1,4-diazadienes (DAD) to give 1: l-adducts of the type Cp*rSm(DAD).
The molecular structure of Cp*#n(‘BuN=CHCH=N’Bu)
(2) has been determined by X-ray crystallography. These complexes can be described as Cp*,Sm”’ derivatives of the diazadiene radical anions as
indicated by spectroscopic and structural data. Treatment of Cp*,Sm(THF), with 2-pyridinealdaxine
yields the binuclear complex (~C,,H,,N,~Cp*,Sm]r
(5). Cyclooctatetraene reacts with Cp*sSm(THF),
to give the known compound Cp*Sm(COT)(THF) (6).
Cp*,Sm(THF), reagiert mit 1,4Diazadienen ( = DAD) zu 1: l-Add&en des Typs Cp*rSm(DAD).
Die Molekiilstruktur von Cp*$m(‘BuN=CHCH=N’Bu)
(2) wurde rtrntgenographisch bestimmt.
Aufgrund der spektroskopischen turd Strukturdaten lassen sich die Verbindungea als Cp*,Sm”‘-Derivate
der Diazadien-Kadikalanionen beschreiben. Die Umsetzuug von Cp*rSm(THF)r mit 2-pYridinaldazin
liefert den zweikemigen Komplex (pC,,H,,N&p*,Sm]r
(5). Cyclooctatetraen reagiert mit
Cp*rSm(THF), tuner Bildung der bekannten Verbindung Cp*Sm(COT)(THF) (6).
Ehrleituug
Zu den reaktivsten Organolanthanidverbindungen gehiiren das von Evans et al.
erstmals beschriebene Decamethylsamarocen
Cp*,Sm
und das TI-IF-Addukt
Cp*,Sm(THF),
[l]. Beide Samarium(II)komplexe reagieren mit einer Vielzahl unterschiedlicher Substrate unter Bildtmg neuartiger Organosamarium(III)komplexe
[2]. So konnte ktirzlich ausgehend von Cp*,Sm der erste Distickstoffkomplex eines
f-Elements isoliert werden [3]. Eine ebenso ungewahnliche Reaktion ist die reduktive
Trimerisierung von CO unter dem Einfl~ von Cp*$m(THF),,
wobei ein Ketencarboxylatligand, 0&C=C=02-,
gebildet wird [4]. Bei allen Reaktionen des Decamethylsamarocens dominiert die starke Reduktionswirkung des zweiwertigen
Samariums, die der der Alkalimetalle vergleichbar ist (E” Sm3+/Sm2+= - 1.55 V)
151.
1,4-Diazadiene (= DAD) des Typs R’N=CRCR=NR’
(R = H, Me; R’ = Alkyl,
Aryl) sind vielseitige Komplexliganden fiir nahezu alle ijbergangsmetalle. ober die
0022-328X/91/$03.50
0 1991 - Else&r Sequoia S.A.
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vielfaltigen Koordinationsm@lichkeiten
der Diazadiene wurde bereits zusammenfassend berichtet [6]. Wichtige Arbeiten auf diesem Gebiet stammen hauptsachlich
von tom Dieck et al. sowie von Vrieze et al. DAD-Komplexe von f-Elementen sind
dagegen noch kaum bekannt. 1986 synthetisierten Cloke et al. erstmals homoleptische Diazadienkomplexe einiger Lanthanide [7]. Die Verbindungen Ln( ‘BuN=CHCH=N tB~)9 (Ln = Y, Nd, Sm, Yb) wurden durch Verdampfung des Metalls
in Gegenwart eines Uberschusses an Diazadien in Heptan hergestellt. Dunkelgrtines
Yb( ‘BuN=CHCH=N’Bu)2 wurde durch Reaktion von &HsYb(THF),
mit dem
DAD-Liganden erhalten (C,,H, = Naphthalin) [8].
l&Diazadiene leiten sich formal vom Glyoxal bzw. Diacetyl ab und lassen sich
in praparativ einfacher Weise aus diesen beiden Grundkiirpem synthetisieren [6]. So
ist beispielsweise die Verbindung ‘BuN=CHCH=N t Bu leicht durch Umsetzung von
Glyoxal mit zwei Aquivalenten t-Butylamin erhilltlich [9]. Die Methode l%l3t sich
such auf das Diacetyl sowie nahezu beliebige Aminkomponenten iibertragen. Durch
Umsetzung mit Alkalimetallen lassen sich die Diazadiene zu stabilen Radikalanionen reduzieren [lo]. Da such die Lanthanid(II)metallocene
Cp*,Sm(THF), und
Cp*Jb(Et,O)
aul3erordentlich leicht ein Elektron tibertragen [2], wurde im Rahmen
dieser Arbeit die Reaktivitiit von Cp?,Sm(THF),
gegeniiber 1,4-Diazadienen untersucht. Als Liganden wurden vier unterschiedlich substituierte Glyoxaldiiminderivate sowie das 2-Pyridinaldazin verwendet. Darliber hinaus wird die Reaktion
von Cp*,Sm(THF), mit Cyclooctatetraen beschrieben.
Synthese von Cp*,Sm(DAD)-Komplexen
Cp*,Sm(THF),
reagiert mit l&Diazadienen
in Toluolliisung im Molverhslltnis
1: 1 unter Farbumschlag von violett nach rotbraun. Die Reaktionen sind innerhalb
weniger Minuten beendet. Durch Umkristallisieren aus Hexan lassen sich die
Samarium-Diazadienkomplexe
l-4 in miner Form isolieren:
C&Sm( THF$
+
/CH-CH-N
R-N
R
.a@
Toluol
-2THF
1: R = 'Pr
2: R = tBu
3: R = c-CsH11
4: R = p-MeCsH4
Die aliphatisch substituierten
Derivate l-3 bilden dunkelbraune Kristalle,
wzihrend 4 als dunkelgrtines, milcrokristallines Pulver anfat. Charakteristisch ftir
alle vier Verbindungen ist die sehr ausgepragte Luftempfindlichkeit. Bei Luftzutritt
entstehen augenblicklich gelbe Samarium(III)produkte.
In fein verteilter Form
k&men die Komplexe l-4 such pyrophor sein. Die EI-Massenspektren zeigen mit
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geringer Intensitlt den Molektilpeak. Als intensit~tsst~kstes Fragment tritt in allen
Fflen das unsolvatisierte Decamethylsamarocen
auf. Dies spricht fiir eine relativ
lockere Bindung des Diazadienliganden. Ganz ungew&nlich ist die extreme Hochfeldverschiebung der ‘H-NMR-Signale der CH-Protonen der Liganden. So findet
man fur das isopropylsubstituierte Derivat 1 eine Resonanz bei 8 - 363 ppm (2: 6
- 375 ppm). iihnliche Werte wurden bereits von Cloke et al. fur die homoleptischen
Diazadienkomplexe Ln( ‘BuN=CHCH=N tB~)j (Ln = Y, Nd, Sm, Yb) gefunden [7].
Im Spektrum des Neodymkomplexes treten die inneren CH-Protonen bei 6 - 222.3
ppm in Resonanz. Eine endgtiltige Erkl&ung fiir diese extremen Verschiebungen
kann bislang nicht gegeben werden. Es ist jedoch anzunehmen, da8 sie mit dem
Radikalanioncharakter der DAD-Liganden zusammenhangen. Dieser Befund deutet
schon darauf bin, da8 es sich bei den Verbindungen l-4 nicht urn einfache Add&e
aus Decamethylsamarocen und den neutralen Diazadienen handelt. Eine Beschreibung als Samarium(III)komplexe
der Diazadienradikalanionen
diirfte der
tatsachlichen Bindungssituation
am &i&ten
kommen. Zur Unterscheidung
zwischen Samarium(II)- und Samarium(III)komplexen
eignet sich besonders die
‘3C-NMR-Spektroskopie. Evans et al. konnten zeigen, daJ3 die ‘3C-NMR-Verschiebungen von Organosamariumkomplexen
sehr empfindlich von der Oxidationsstufe
des Samariums abhiingen [ll]. Dies gilt spezieIl fiir die Signale der Cp*-Ringe. In
Decamethylsamarocen(III)komplexen
treten die Ringkohlenstoffatome
bei S 113121 ppm und die Methylkohlenstoffatome
bei 6 18-28 ppm in Resonanz. Demgegentiber beobachtet man in den Spektren von Cp*,Sm-Derivaten des zweiwertigen Samariums die Signale der Ringkohlenstoffatome
bei S -73 bis - 100 ppm.
Die Methylsignale erscheinen bei S 94-100 ppm. Im Falle der riintgenographisch
charakterisierten Verbindung 2 gelang die Aufnahme eines i3C-NMR-Spektrums. Es
zeigt bei 6 131.4 ppm ein Signal fur die Kohlenstoffatome
des Cp*-Rings. Die
Methylgruppen treten bei S 34.3 ppm in Resonanz. Damit sprechen die NMR-Daten
ganz klar fur das Vorliegen eines Samarium(III)komplexes.
Ein zweikerniger Diazadien-Samariumkomplex
konnte durch Umsetzung von
Cp*,Sm(THF),
mit 2Pyridinaldazin erhalten werden, das in einem Molektil zwei
1,4_Diazadieneinheiten vereint [12]. Wird die Reaktion im Molverh%ltnis 2 : 1 in
Toluollijsung durchgefti,
so fzlllt das Bis-Addukt 5 direkt als mikrokristalliner,
dunkelgriiner Niederschlag aus:
2 Cp*,Sm(THF),
+
Toluol
-4
Fig. 1. Molektistruktur von 2 (eines von zwei k&allograph&h
unabhbgigen Molektien).
Eine eingehende spektroskopische Untersuchung der Verbindung 5 war nicht
moglich, da die Substanz stark pyrophor ist und sich daher nur schwierig handhaben l%l3t. Die schlechte Loslichkeit verhinderte zudem die Aufnahme von NMRSpektren. Die Zusammensetzung als Bis-Addukt von Decamethylsamarocen
an
2-Pyridinaldazin konnte jedoch durch eine korrekte Elementaranalyse bestltigt
werden.
Kristallstruk~yse
von Cp*,Sm( t BuN=CHCH=N
t Bu) (2)
Durch langsame Kristallisation aus Hexan lassen sich von der Verbindung 2
kompakte, dtmkelbraune Einkristalle mit bis zu 1 cm Kantenhinge erhalten. Dieses
Derivat eignete sich daher besonders gut fur eine Kristallstrukturanalyse.
Die
Molektilstruktur von 2 ist in Fig. 1 dargestellt. Atomkoordinaten
und isotrope
Thermalparameter sind in Tab. 1, ausgew%hlte Bindungslangen und -winkel in Tab.
2 aufgeftit.
Die asymmetrische Einheit enthalt zwei chemisch identische, kristallographisch unabhangige Molektile. Das Diazadien ist in seiner c&Form als
Chelatligand an das Samarium koordiniert. Das zentrale Samariumatom ist pseudotetraedrisch umgeben und besitzt die formale Koordinationszahl
8. Nach Untersuchungen von Evans et al. sind such die Sm-C(Cp*)-Absttide
ein guter
Indikator fur die formale Oxidationsstufe des Samariumatoms [ll]. In Samarium(II1)
komplexen liegen sie irn Bereich von ca. 268-277 ppm. Cp*,Sm-Derivate
des
zweiwertigen Samariums weisen dagegen signifikant llingere Sm-C(Cp*)-Abst%nde
auf (279-286 pm). Fur 2 wurde der mittlere Sm-C(Cp*)-Abstand
zu 277.3(7) pm
bestimmt. Damit spricht such dieser Wert fur das Vorliegen eines Samarium(II1)
komplexes. Mit 138.6(10) pm liegt die Lange der C(l)-C(2)-Bindung
zwischen einer
C-C-Einfachund einer C=C-Doppelbindung,
was ebenfalls mit dem Radikalanioncharakter des Liganden im Einklang steht.
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Tabelle 1 (fortgesetzt)
C(14”)
C(15 *)
c(15”)
c(21*)
C(21”)
c(22*)
C(22”)
x
Y
I
ucg a
5204(13)
6834(12)
7058(17)
8482(12)
8463(5)
10137(8)
9227(7)
9109(10)
7136(4)
6291(5)
7570(5)
7256(10)
8288(5)
8883(7)
8291(6)
8914(8)
7562(7)
7246(10)
317(15)
3746(9)
368q13)
4538(7)
~(24*)
c(24”)
5400(11)
4206(9)
4564(15)
3110(10)
2266(16)
c(25*)
C(25”)
2904(8)
1713(H)
c(23*)
c(23”)
9346(6)
6324(5)
6399(7)
5866(4)
5325(6)
5844(4)
5271(6)
6333(6)
6389(8)
6601(4)
6979(6)
106(5)
378(14)
74(3)
193(8)
65(3)
241(11)
76(3)
257(10)
98(4)
326(13)
8q4)
236(12)
’ jiquivalente isotrope CI berecbnet als ein Drittel der Spur des orthogonalen Qj Tensors.
Reaktion von Cp*,Sm(THF), mit Cyclooctatetraen
Ganz unerwartet verlief die Umsetzung von Cp*zSm$THF)2 mit Cyclooctatetraen. Da Cyclooctatetraen von Alkalimetallen zurn CsHs --Anion reduziert wird,
erschien such dieser Kohlenwasserstoff
als ein geeignetes
Substrat
fur
Lanthanid(II)komplexe.
Ein denkbares Reaktionsprodukt w&e ein Zweikemkomplex, in dem zwei Cp*,Sm-Einheiten jeweils n3-allylartig an das Cyclooctatetraen
koordiniert sind. Evans et al. konnten ktirzlich zeigen, dal3 Olefine und Diene mit
Cp*,Sm und Cp*,Sm(THF), in der Regel zu n3-Allylkomplexen des dreiwertigen
$umuiums reagieren [13].
Eine im Molverh&ltnis 2 : 1 durchgefuhrte Reaktion lieferte such ein rotes,
kristallines Produkt. Bei nachfolgenden Versuchen zeigte sich, dal3 hohere Ausbeuten erzielt wurden, wear Cp*,Sm(THF)z und COT in 5quirnolaren Mengen zur
Reaktion gebracht wurden. Die spektroskopische und analytische Charakterisienmg
hatte schliel3lich zum Ergebnis, dal3 es sich bei dem roten Produkt urn die aus
Arbeiten von Schumann et al. [14] bekannte Verbindung Cp*Sm(COT)(THF) (6)
handelte:
Toluol _
- THF -
0(I
@‘a
I
0
6
Es
erfolgt also in der Tat eine Reduktion des Cyclooctatetraens zum CsHs2-Anion, allerdings unter Abspaltung eines Cp*-Liganden. Dabei wird das Samarium
zur dreiwertigen Stufe oxidiert. Es handelt sich hier urn das erste Beispiel fur eine
Reaktion des Decamethylsamarocens, die unter Eliminierung eines Cp*-Liganden
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Dank
Wir danken Herm Prof. Dr. H.W. Roesky fti die grol3ziigige Unterstiitzung
dieser Arbeit sowie Herrn Prof. Dr. J.W. Gilje, Prof. Dr. W.J. Evans und Prof. Dr.
H. tom Dieck fiir hilfreiche Diskussionen. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft
sind wir fiir finanzielle Hilfe zu Dank verpflichtet. Die Firma BASF unterstiitzte
uns in dankenswerter Weise durch eine wertvolle Chemikalienspende.
Literatur und Bemerkungen
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Weitere Einzelheiten zur Kristallstrukturanalyse konnen beim Fachinformationszentrum
Karlsruhe,
Gesellschaft ftir wissenschaftlich-technische Information mbH, W-7514 Eggenstein-Leopoldshafen 2,
unter Angabe der Hinterlegungs-nummer CSD-55136, der Autoren und des Zeitschriftenzitats angefordert werden.